DWR

этот текст – моя попытка объяснить - как работают водоотталкивающие пропитки и зачем они нужны.

начнём, пожалуй, с английского.

dwr – durable water repellent

dwr - сокращение от “durable water repellent”. Что же это значит?
“durable” – “существующий длительное время”, “служащий долго”.
“water” – “вода”.
“repellent” – “вещество отталкивающее, отбрасывающее” в данном случае воду.
итого dwr = “долго служащее водоотталкивающее вещество”.
уже лучше - смысл ясен, но по-русски мы так не говорим. “долго служащее” – здесь означает, что это вещество в течение относительно длительного времени не смывается водой с ткани и ткань сохраняет свои водоотталкивающие свойства.
поэтому по-русски обычно это звучит как “устойчивая (долговечная), водоотталкивающая пропитка” (“пропитка” – вещество, а не процесс).
сам процесс обработки и придания водоотталкивающих свойств – “водоотталкивающая обработка”, “пропитка/обработка водоотталкивающим составом”.
английские термины – “waterproofing”, изредка - “impregnation” – обычно у европейских производителей.
с этим разобрались. пора понять, как эта штука работает.

вместе вспоминаем химию и физику – немного теории

есть такой раздел – “ физическая химия поверхностных явлений”.
как раз она нам и нужна. волокна ткани одежды у нас представляют собой твёрдое тело, а вода – жидкость.
то есть мы имеем границу раздела фаз “твёрдое тело” – “вода”. рассмотрим, что происходит с каплей воды, свободной от внешних сил. молекулы воды, находящиеся в глубине капли со всех сторон притягиваются всеми остальными молекулами, так что силы, действующие на любую такую молекулу скомпенсированы. молекулы же, находящиеся у поверхности капли, окружены себе подобными молекулами не со всех сторон - над поверхностью их нет. соответственно нет сил, компенсирующих притяжение нижележащих молекул. в результате, молекулы находящиеся у поверхности капли (т.е. на границе капли), всё время втягиваются внутрь капли. в сумме это приводит к тому, что капля стремится сократить площадь своей поверхности до минимума при данном объеме – принять форму шара, который обладает наибольшим объемом при минимальной площади – жидкости это энергетически “выгодно”. выглядит это так, как будто капля находится в эластичной оболочке, хотя там ничего нет. в отсутствии внешних сил (ускорения, реакции опоры и т.п.) капля (а хоть и ведро) воды примет форму шара. вспомните репортажи с орбиты.

Что происходит, когда капля воды вступает в контакт c твёрдым телом?
тут много факторов. в простейшем случае, всё определяется соотношениями сил притяжения между молекулами веществ. если сила притяжения между молекулами твёрдого тела и молекулами жидкости больше силы притяжения между молекулами самой жидкости, поверхность твердого тела будет притягивать молекулы жидкости из капли к себе – поверхность будет смачиваться данной жидкостью. если сил притяжения между молекулами твёрдого тела и воды недостаточно, чтобы преодолеть межмолекулярные силы в самой жидкости, то молекулы жидкости будет слабее притягиваться молекулами твердого тела – жидкость не будет смачивать его поверхность. заметьте, что в данном случае твёрдое тело не отталкивает жидкость, а всего лишь слабее притЯгивает молекулы жидкости. настолько слабее, что силы стремящиеся стянуть каплю в шар, начинают преобладать. от чего зависят эти силы? от природы веществ. называют эти силы – силами поверхностного натяжения. нестрого - это сила (энергия), необходимая для создания единицы площади границы раздела фаз.

а на практике

теперь, казалось бы всё просто. подбираем для ткани материал с коэффициентом поверхностного натяжения (кпн) меньше чем у воды и вуаля! наша ткань не смачивается водой. давайте посмотрим на наш любимый нейлон, из которого сделано большинство тканей. нейлон (nylon – “найлон”), это коммерческое название семейства полиамидов. в частности найлон-6,6 – это полиамид у которого 6 атомов углерода в диамине и 6 атомов углерода в дикарбоновой кислоте. мне удалось найти примерное значение кпн для нейлона - 33-46 мн/м. в то время как у воды при +20с – 73 мн/м. Что это значит? а то, что наш нейлон не должен смачиваться водой и без всяких dwr! и тут начинаются самые главные трудности. Я попробовал смочить nylon tactel и простую нейлоновую верёвку. nylon tactel не смачивается, а верёвка впитывает в себя как губка. в чём же дело? порывшись в книгах и интернете, ничего, что бы просто и доходчиво объясняло это, я не нашёл.

самая правдоподобная причина этого, видимо в следующем. большую роль в поверхностных явлениях играют другие факторы – соотношения кпн недостаточно для решения вопроса о реальном смачивании. ведь мы рассматривали идеальный случай. реальные поверхности имеют различные шероховатости, инородные включения, различную форму и геометрические размеры, гидроксильные группы, дефекты кристаллической решётки и т.д.прочитав это http://journal.issep.rssi.ru/articles/pdf/9907_098.pdf и бегло посмотрев книгу “физическая химия поверхностей” я убедился что это не такой тривиальный вопрос, как кажется на первый взгляд и рассчитать реальные условия смачивания для ткани и воды мне не под силу.Я удовлетворился тем, что здесь http://web.mit.edu/agrawala/www/nirt/ca.html для нейлона указан угол смачивания около 70 градусов – т.е. нейлон смачивается водой.в общем, с учётом вышесказанного, считаем, что нейлон в какой-то степени смачивается и это нас не устраивает. Что делать?

вещества с низким коэффициентом поверхностного натяжения

наша задача – чтобы волокна ткани, из которых сделана наша теплая одежда, как можно меньше смачивались водой. это то же самое, что “меньше притягивали к себе воду”. этот эффект достигается при помощи нанесения тонких слоев веществ с низким коэффициентом поверхностного натяжения (кпн) на волокна ткани.

тефлон
из всех известных органических соединений наименьшим кпн обладает политетрафторэтилен (хим. формула [-cf₂cf₂-]_n), коммерческое название которого - тефлон. это удивительный материал. он самый инертный из всех известных органических соединений – не реагирует с кислотами, не растворим в органических растворителях, достаточно термоустойчив, обладает низким коэффициентом трения. кпн тефлона – 18-20 мн/м. т.е. его не смачивает практически ничего. у воды кпн -72 мн/м, у жиров - 20-30 мн/м. как вы уже догадались антипригарное покрытие в посуде – тефлон. кто хоть раз держал в руках фторопласт, тот знает, что он жирный на ощупь - вода с него стекает как с гуся.

силиконы
это кремнийорганические полимеры, представляющие собой большую группу разнообразных жидкостей, каучуков и смол.все они содержат кремний, связанный с углеродом – отсюда и название (si “силициум” - кремний). они так же являются полимерами, термоустойчивы, химически довольно инертны, гидрофобны.
некоторые жидкие силиконы используются для обработки ткани – аппретирования -в частности, для придания ткани устойчивых водоотталкивающих свойств.кпн силиконовых эластомеров – около 23 мн/м.

эти то вещества нам и нужны.

водоотталкивающие пропитки

если вы вспомните, о чём мы говорили выше, то станет ясно что, термин “водоотталкивающие”не соответствует действительности, так как они не отталкивают, а всего лишь слабее притягивают молекулы воды. но такова традиция – называть их водоотталкивающими.

эти пропитки представляют собой растворы или эмульсии веществ с низким кпн.Что происходит, когда мы обрабатываем ткань такими составами?растворитель, вместе с растворённым в нём веществом, (или эмульсия) попадая на ткань, смачивает поверхность волокон ткани. затем растворитель (или другая основа) испаряется, а на поверхности каждого волокна остается тончайший слой водоотталкивающего вещества (которое не испаряется). таким образом, мы получаем волокна, поверхность которых, ещЁ меньше притЯгивает воду – и она собирается в капли и меньше втягивается силами поверхностного натяжения в поры ткани (это, кстати, капиллярные явления).

так как я не химик, то я не могу вам сказать точно, какие именно сополимеры и конкретные соединения используется в таких пропитках. можно только сделать более или менее правдоподобные выводы из доступной информации.
пропитки, доступные в продаже, можно разделить на две группы – пропитки на водной основе и на углеводородных растворителях.

на упаковке я видел такой состав: растворители, фторкарбоновые смолы. фторкарбоновые смолы – это какие-то соединения углерода с фтором, и чаще всего это именно политетрафторэтилен (тефлон). это подтверждается здесь http://www.nikwax.co.uk/uk/glossary.asp#dur .растворителем в таких пропитках, чаще всего, служит трихлорэтан.

недостатком этих пропиток является то, что они вредны (агрессивный растворитель воняет и вредит нам и природе), их нельзя наносить на мокрую ткань/кожу – только на сухую. обработку надо проводить на открытом воздухе или в хорошо вентилируемом помещении – иначе надышитесь растворителя. зато они быстро сохнут.
подобные пропитки есть у “granger‘s”, “storm waterproofing”, “woly sport”.

компания “nikwax”, пошла другим путём. и, в отличие, от большинства других производителей подобных пропиток, “nikwax” сделала ставку на воду в качестве транспортной основы для своих пропиток! но так как после нанесения и высыхания пропитка не должна растворяться водой (иначе, зачем она такая нужна), то пропитки “nikwax” - не раствор, а эмульсиЯ - коллоидная взвесь микрочастиц одной жидкости в другой, не смешивающихся между собой. а именно, это водная эмульсия полимера tx.10i !!!(подтверждение этому здесь http://www.nikwax.co.uk/uk/glossary.asp#emu )Что представляет собой tx.10i? здесь http://www.nikwax.co.uk/uk/glossary.asp#sil говорится о том, что в некоторых продуктах “nikwax” используются силиконовые эластомеры,и что они не являются единственной составляющей этих пропиток. можно предположить, что как раз некий силиконовый полимер и является тем самым tx.10i.

плюсы подобных (на водной основе) пропиток в том, что они не воняют, более безопасны для вас и природы (в них нет ядовитых растворителей), их можно наносить как на мокрые, так и на сухие ткани/кожу.
аналогичные пропитки есть у “granger‘s”, “storm waterproofing”.

по поводу долговечности этих пропиток.здесь http://www.nikwax.co.uk/uk/how.asp “nikwax” утверждает, что её пропитки содержат в 5 раз больше активных водоотталкивающих веществ на единицу объема, по сравнению с пропитками на углеводородных растворителях. кроме того, из-за более прочных связей между молекулами в силиконах, по сравнению с фторуглеродами, пропитки “nikwax”, якобы более устойчивы. но всё покажет практика.

так как в результате обработки такими пропитками просто образуется тонкий слой вещества на волокне, то этот слой может изнашиваться в результате трения волокон друг о друга, воздействия химических веществ, растворённых в воде, действия ультрафиолетовых лучей и бог знает чего еще.поэтому, периодически её надо возобновлять.

при промышленном производстве тканей, используют те же самые или схожие пропитки для придания тканям водоотталкивающих свойств. это и есть фабричная dwr-обработка, с которой вы имеете дело, купив куртку или другие вещи/снаряжение.

как пользоваться - общие моменты

пропитки, доступные в продаже, обычно разделяются на три категории: для обуви, для одежды, для тентов, рюкзаков и т.п. но бывают и универсальные – все зависит от производителя.
соответственно и пропитки надо приобретать исходя из того, что вы собираетесь обрабатывать.новые одежда, обувь и снаряжение чаще всего имеют заводскую dwr-обработку.но почти все производители обуви рекомендуют сразу после покупки, перед началом эксплуатации, обработать новую обувь водоотталкивающими пропитками – что я и рекомендую сделать.

любые пропитки надо наносить на чистую (вымытую, выстиранную или просто не грязную) вещь!
по способу применения пропитки можно разделить на две группы.
в первую, входят пропитки, которые надо добавить в воду, а затем полностью погрузить обрабатываемую вещь в получившийся раствор и возможно прополоскать ее в нём.естественно так нельзя обрабатывать обувь. такие пропитки продаются в обычных емкостях с крышками. достоинства – более полная пропитка, без пропусков, недостатки – нужен тазик, вода, время на сушку. если вы планируете стирать вещь, то лучше процесс стирки и пропитки совместить – сначала постирать и прополоскать и тут же, не давая вещи высохнуть – обработать в такой пропитке.

во вторую, входят пропитки, которые наносятся на поверхность обрабатываемой вещи при помощи распыления или губок. пропитки на углеводородных растворителях обычно идут в аэрозольной упаковке, на водной – в бутылках с механическими распылителями или с поролоновыми губками. применяется просто – распыляется на поверхность, которую надо обработать в случае с аэрозолем или распылителем, либо выдавливается на губку и губкой наносится на поверхность в случае тубы с губкой.
пропитки на углеводородном растворителе можно наносить только на сухие поверхности и очень желательно на открытом воздухе или в хорошо проветриваемом помещении, иначе есть риск отравиться парами растворителя.пропитки на водной основе можно наносить на мокрые или сухие поверхности, но эффективнее - на мокрые. подобными пропитками можно пользоваться непосредственно в походе, на маршруте.

кроме того, пропитки часто делятся по роду обрабатываемых материалов: для гладкой кожи, для нубука/замши, для синтетических тканей и универсальные.

как часто это надо делать? по мере необходимости. если вы видите что ваша обувь или одежда стала впитывать воду только в некоторых местах, то можно ограничиться локальной обработкой с помощью пропитки в аэрозольной упаковке или с распылителем. если большая часть одежды потеряла водоотталкивающие свойства, то её всю можно обработать распылителем или аэрозолем или применить пропитки расчитанные на полное погружение в них вещи.
конечно, перед походом, лучше провести превентивную обработку обуви и снаряжения.

и всегда читайте инструкции к пропиткам и вещам !

ну и зачем это все?!

зачем нам вся эта головомойка, если у нас есть мембрана, которая и так воду не пропустит?мембрана обычно нанесена с изнаночной стороны ткани. то есть осадки контактируют в первую очередь с тканью верха. к чему может привести впитывание воды тканью (т.е. если ткань смачивается водой).

1.если посмотреть в таблицы, то видно, что у многих искусственных волокон проЧность в мокром состоянии, ниже, чем в сухом. следовательно – мокрая ткань менее прочная, чем сухая!

2.вода, впитавшаяся в ткань или кожу, утяжелит одежду (обувь для туризма), и прибавит вес, который вам надо нести на себе.

3.если вы в одежде с промокшей тканью попадете в условия с низкими температурами – вода, находящаяся в ткани замерзнет. а вода при замерзании расширЯетсЯ. это может привести к повреждению ткани или мембраны. ткань или мембрану может разорвать, или мембрана может отслоиться от ткани!

4.если вода в ткани образует сплошную тонкую плёнку, то ваша мембрана практически перестанет дышать – парам некуда будет уходить!

5.если вода проникла внутрь пор мембраны (т.е. в случае поровой мембраны типа goretex), то высока вероятность проникновения воды сквозь мембрану по порам.

6.если кожа, обычно используемая в обуви, промокнет и набухнет от воды, то после высыхания она может потерять свою эластичность, стать жесткой и потрескаться.

gapsf